专利名称：装饰用的铝合金构件及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种装饰用的铝合金构件和一种用于生产该构件的方法。
在这一技术领域的已有技术中，由熔融的铝合金制成的杆或板被冷模压或热模压成一种所需的形状，然后通过阳极氧化对这种模压制品进行表面处理。
在现有技术中，人们已经认识到，熔融铝的机械强度是比较低的。为了增加熔融铝的强度，向铝中加入Mg(镁)和诸如Cu(铜)、Si(硅)以及Zn(锌)之类的添加元素。所得到的铝合金通过阳极氧化或通过低温阳极氧化(硬阳极氧化处理)而得以进行表面处理，从而使其表面硬化。将如此处理的铝合金用作一种装饰构件，例如用作手表的外部零件。
如上所述，在现有技术中，考虑到在例如手表的外部零件的使用温度范围内的强度，经常使用包含有添加元素例如Mg、Cu、Si和Zn的熔融铝合金。然而，由于熔融铝合金包含了这些元素，所以这种铝合金的加工温度范围内的机械强度也相对被增强，其结果是，冷模压或热模压这种铝合金就比较困难。具体地说，由于在冷模压或热模压时的塑性变形，所以会出现金属晶体的明显变形，并增加内应力，也就是机械硬化。因此，冷模压性能或热模压性能变差。这样，当将这种铝合金模压成一种复杂的形状时，需要分阶段模压，以获得这种复杂的最终形状，这会导致很高的成本。
这种模压铝合金在经过选定的车床加工或钻孔加工之后要进行阳极氧化，以得到例如手表的成品外部零件，随后要进行抛光。然而，阳极氧化之前的铝合金，也就是铝合金的初始晶体结构的表面硬度是比较低的。
准确地说，该表面硬度Hv最大为100。这是因为本发明的发明人将这种铝合金冷模压三次，并且按照JIS A5052-0测量这种模压制品的表面硬度Hv，从而发现所述表面硬度Hv约为70。
由于如上所述已有技术中的铝合金的表面硬度低，所以该合金非常易于损坏，在处理时必须格外小心。当该合金进行工业化批量生产时，需要考虑产量会有一定量的降低。
进一步说，通过对上述模压制品的表面进行阳极氧化或低温阳极氧化，由于其表面硬化，所以能够确保其抗腐蚀性，并进一步确保其耐磨性。但一般来说，通过阳极氧化或低温阳极氧化而产生的膜的厚度最多只约为20μm。由于这样的事实和上述铝合金初始晶体结构的较低的硬度，当将这种阳极氧化过的合金用作手表的外部零件时，它易于被外力损坏。
因此，本发明的目的是提供一种装饰用的铝合金构件以及生产这种构件的方法，所述的这种铝合金构件容易被模压成复杂的形状，并且其铝合金晶体结构的硬度高。
本发明的另一目的是提供一种装饰用的铝合金构件，它的铝合金晶体结构具有高硬度，并且它的阳极氧化膜是透明的和无色的或是有淡淡的颜色，例如灰白色或银白色。
按照本发明的第一方面，提供一种装饰用的铝合金构件，它包括由铝合金制成的基体以及在该基体表面上形成的一层阳极氧化膜，所述铝合金包含重量百分比为0.1％至3％的Zr、重量百分比为0.1％至15％的含铈的稀土元素合金(下文中将其缩写为Mm)、重量百分比为0.1％至5％的Mg、以及剩余部分的Al。
按照本发明的第二方面，提供一种装饰用的铝合金构件，它包括由铝合金制成的基体和在该基体上形成的阳极氧化膜，其中，该基体的硬度HRB为50-100，该阳极氧化膜的亮度为50或更高。
进一步说，按照本发明，提供一种生产装饰用的铝合金构件的方法，该方法包括以下步骤(a)形成一个由具有以下成份含量的铝合金制成的模压坯体，所述铝合金的成份含量为重量百分比为0.1％至3％的Zr、重量百分比为0.1％至15％的Mm、重量百分比为0.1％至5％的Mg以及剩余部分的Al；(b)在温升率为2℃/秒或更高的条件下将该模压坯体加热至200℃-600℃的温度；(c)加工这个已加热的模压坯体；以及(d)对加工过的模压坯体进行阳极氧化处理。通常，从室温(环境温度)开始将该模压坯体加热至200℃-600℃。
图1是示意性地表示手表壳的结构的局部横截面剖示图，这里所述的手表壳是作为本发明装饰用的铝合金构件的一个示例；图2是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第一个步骤的示意图；图3是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第二个步骤的示意图；图4是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第三个步骤的示意图；图5是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第四个步骤的示意图；图6是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第五个步骤的示意图；图7是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第六个步骤的示意图；图8是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第七个步骤的示意图；图9是表示生产图1所示的手表壳的方法中的第八个步骤的示意图。
本发明人已经进行了广泛的研究，发现了一种铝合金的组成，这种铝合金可被容易地模压成复杂的形状，并且其初始铝合金晶体结构的硬度可被改进。
具体地说，本发明提供一种装饰用的铝合金构件，它包括由铝合金制成的基体以及形成在该基体表面上的一层阳极氧化膜，所述铝合金包含重量百分比为0.1％至3％的Zr、重量百分比为0.1％至15％的Mm、重量百分比为0.1％至5％的Mg以及剩余部分的Al。
具有上述组成的铝合金在加工温度下强度低，这样容易被模压成复杂的形状。因此，用以获得最终形状的模压次数可比现有技术中的次数少，从而可降低加工成本。
此外，本发明的铝合金具有改进的硬度，从而在阳极氧化之前能够防止在处理时铝合金构件损坏。如果对该构件进行工业化批量生产，则其产量可高于现有技术的产量。由于本发明的铝合金的硬度得到改进，所以在阳极氧化膜形成之后，即使所述铝合金构件受到外力作用，该构件也不容易被损坏。
此外，本发明人已经发现，在具有上述组成的铝合金的基体上形成阳极氧化膜的情况下，该阳极氧化膜可被作成透明的和无色的、灰白色的或银白色的。其结果是，在使该阳极氧化膜着色的情况下，可以不受该阳极氧化膜的原始颜色的影响而获得所需的颜色。因此，本发明的铝合金构件非常适于用作这样的装饰品，即，这种装饰品要求具有浅色色调。
以下将描述添加元素的含量。
Zr具有这样一种作用，即，添加少量的Zr可以使铝的晶体的晶粒尺寸变小，以提高铝合金的硬度。然而，如果Zr在迅速凝固时形成了过饱和的固溶体并在热加工后保留了固溶体，通过铝合金的阳极氧化而产生的阳极氧化膜将呈现深色。因此，通过使Zr不形成固溶体并使Zr以与铝形成金属间化合物的形态析出，该阳极氧化膜可被制成透明的和无色的、灰白色的或银白色的。
在本发明的铝合金中，Zr的含量被设置在重量百分比为0.1％至3％的范围内。如果Zr的重量百分比含量小于0.1％，则不能获得添加Zr的效果。如果Zr的重量百分比含量大于3％，则Al-Zr基金属间化合物生长过大，从而使阳极氧化膜呈现深色。
为了获得更好的性能，Zr的重量百分比含量最好在1.5％至2.5％。
Mm具有这样的作用，即，添加少量的Mm可以导致具有高硬度的金属间化合物大量析出，以提高铝合金的硬度。然而，如果析出的金属间化合物的晶粒过大，通过铝合金的阳极氧化而产生的阳极氧化膜将呈现深色。因此，通过使析出的金属间化合物的晶粒较小，可以将阳极氧化膜的颜色制成灰白色。
在本发明的铝合金中，Mm的含量被设置在重量百分比为0.1％至15％的范围内。如果Mm的重量百分比含量小于0.1％，则不能获得添加Mm的效果。如果Mm的重量百分比含量大于15％，则金属间化合物生长过大，从而使阳极氧化膜呈现深色。
为了获得更好的性能，Mm的重量百分比含量最好在4.0％至5.0％。
Mg具有这样的作用，即，它在α-铝中形成大量的过饱和固溶体，以提高硬度。
在本发明的铝合金中，Mg的含量被设置在重量百分比为0.1％至5％的范围内。如果Mg的重量百分比含量小于0.1％，则不能获得添加Mg的效果。如果Mg的重量百分比含量大于5％，则阳极氧化膜呈现深色。
为了获得更好的性能，Mg的重量百分比含量最好在4.0％至5.0％。
如果对具有上述组成的铝合金进行热模压并随后用磨光或类似的方法对其表面进行抛光，则可容易地在该铝合金的表面获得金属光泽。
在本发明中，基体铝合金最好还包含从由Mo、W、Nb、Ag和Ta组成的一组金属元素中选择出来的至少一种金属元素，其重量百分比含量为0.1％至5％。
Mo、W、Nb、Ag和Ta具有这样的作用，即，少量添加这些金属元素可以导致具有高硬度的金属间化合物大量析出，以提高铝合金的硬度。然而，如果所析出的金属间化合物的晶粒过大，通过铝合金的阳极氧化而产生的阳极氧化膜将呈现深色。因此，通过使所析出的金属间化合物的晶粒较小，可以将阳极氧化膜的颜色制成浅色调。
如上所述，这些添加的金属元素的重量百分比含量为0.1％至5％。如果这些元素的重量百分比含量小于0.1％，则不能获得添加这些元素的效果。如果这些元素的重量百分比含量大于5％，则所析出的金属间化合物生长过大，从而使阳极氧化膜呈现深色。
如上所述，本发明人已经发现，根据本发明的第一方面的组成使得基体的硬度提高，并且使得阳极氧化膜透明且是无色的、灰白色的或是银白色的。更具体地说，如上所述的本发明的铝合金基体的硬度HRB(洛氏硬度的B标度)可达到50-100，阳极氧化膜的亮度(L*)可达到50或更高。
因此，按照第二方面，本发明提供一种装饰用的铝合金构件，它包括由铝合金构成的基体和在该基体表面上形成的阳极氧化膜，其中，基体的硬度HRB(洛氏硬度的B标度)为50-100，阳极氧化膜的亮度(L*)为50或更高。
按照本发明的第二方面，硬度HRB为50-100。这样，在生产过程中被损坏的次品率可远小于按照例如JIS A5052的现有熔融铝合金的情况下的次品率。进一步说，阳极氧化膜的亮度(L*)是50或更高。这样，可获得所需的颜色而不会受阳极氧化膜的原始颜色色调的影响。
在这里亮度(L*)是在JIS Z8729中所定义的L*a*b*色别标志系统中的亮度，它是借助于色度计利用光谱方法进行测量的。在测量中所使用的光源是D65(国际照明委员会，ISO标准光)，它的色温为6504K。
按照本发明的第二方面，所述基体的硬度被设置在50-100的范围内。如果该硬度小于50，则铝合金构件易于被损坏。如果该硬度大于100，则它在室温(20℃)下的极限镦粗率和延伸率(在下文中描述)将降低。
在本发明中，所述基体的导电性最好是20％IACS或更高。
本发明人已经发现，当该基体的导电性更高时，进入到阳极氧化膜的基体元素的固溶体量较少，从而使阳极氧化膜的颜色变为无色或浅色，本发明人还发现，为了使阳极氧化膜的颜色变为无色或变为浅色调，该基体的导电性必须是20％IACS或更高。而且，本发明人已经发现，本发明的铝合金构件中的基体的导电性可变为20％IACS或更高。由于在本发明的铝合金构件中的基体的导电性可变为20％IACS或更高，所以阳极氧化膜变为无色的或变为浅色色调。除此之外，本发明可应用在对基体要求高导电性的场合。
还是在第二方面中，阳极氧化膜最好是透明的和无色的、灰白色的或银白色的。
这样，本发明的铝合金构件非常适于用作这样的装饰品，即，这种装饰品要求具有浅色色调。
在本发明中，构成基体的铝合金在200℃-600℃的温度下最好具有70％或更高的极限镦粗率，在室温下最好具有10％或更高的延伸率。这使得在200℃-600℃的温度下通过一次或两次热加工就能够很容易地获得复杂的形状。
如果在极限镦粗率小于70％或延伸率在室温下小于10％的情况下，在200℃-600℃的温度下通过一次或两次热加工获得复杂的形状，则会出现加工裂纹。
所述的极限镦粗率是这样一个镦锻比率，即，当在0.5mm/秒的锻造速率下镦锻一个热固坯体时，该固化的坯体的边缘部分在所述镦粗率下开始裂开。所述镦粗率用(L0-L1)/L0×100(％)来表示，其中的L0表示一个样品在镦锻之前沿着镦锻方向的长度，L1表示该样品在镦锻之后沿着镦锻方向的长度。
在本发明中，优选地，在构成基体的铝合金的金属晶体结构中，铝晶体的平均晶粒尺寸为500nm或更小，金属间化合物的平均晶粒尺寸为300nm或更小。这使得能够将该基体的硬度HRB设置在50-100，并且使得锻造(模压)性能较好。
如果铝晶体的平均晶粒尺寸超过500nm或者金属间化合物的平均晶粒尺寸超过300nm，则该铝合金的延展性和极限镦粗率得到改进，但硬度降低。
在本发明中，装饰用的铝合金构件优选地是手表的外部零件、装饰品、或电气设备的部件、或家用电器部件。
按照本发明，生产装饰用的铝合金构件的方法包括以下步骤(a)形成一个由包含以下成份含量的铝合金制成的模压坯体，所述铝合金的成份含量为重量百分比为0.1％至3％的Zr、重量百分比为0.1％至15％的Mm、重量百分比为0.1％至5％的Mg以及剩余部分的Al；(b)在温升率为2℃/秒或更高的条件下将该模压坯体加热至200℃-600℃；(c)加工这个已加热的模压坯体；以及(d)对加工过的模压坯体进行阳极氧化处理。
按照本发明，使用具有上述组成的铝合金，从而能够模压具有好的模压性能的铝合金、获得高的硬度并使阳极氧化膜的色调为浅色。
如果加热该模压坯体的温度超过600℃或温升率小于2℃/秒，则在热加工之后的该铝合金的晶体结构中，它的铝晶粒或它的金属间化合物生长过大，从而使得它的硬度降低。如果加热该模压坯体的温度小于200℃，则迅速固化的粉末彼此间的粘附变得不充分，因而铝合金变得易碎，导致在200-600℃范围内的极限镦粗率和室温下的延伸率降低。通常从室温将该模压坯体加热至所述温度。
为了获得更好的性能，加热该模压坯体的温度范围最好为350-450℃。在这种情况下所使用的模具温度最好是400℃。
在本发明的方法中，步骤(a)最好包括一个模压铝合金的快速固化的粉末的步骤。这能使铝合金的晶体结构中的铝晶体及金属间化合物的晶粒尺寸细化。
在本发明的方法中，步骤(c)最好包括一个将已加热的模压坯体热加工成固化粉末并随后对该固化粉末进行热加工的步骤。这使得通过一次或两次加工就能够很容易地获得复杂的形状。
在本发明的方法中，所形成的模压坯体最好是杆形或板形。这使得能够恰当地选择所述模压坯体的形状。
在本发明的方法中，步骤(b)最好包括一个用感应加热的方式来加热模压坯体的步骤，加热该模压坯体的时间在一分钟以内。这使得能够抑制铝合金的晶体结构中晶粒的生长。
在本发明的方法中，最好是在步骤(c)的过程中对已加热的模压坯体进行加工的方式是热模压，模压次数为2次或更少。
本发明的铝合金的组成使得能够只通过一次或两次加工就可将所述铝合金加工成复杂的形状。
在本发明的方法中，上述2次模压最好分为这样的两次模压，即，第一次模压是使模压坯体的外形大体达到最终形状，而第二次模压则是对该模压坯体的表面进行浅模压。这使得通过少量的模压次数就能够赋予铝合金一个形状，并且能用文字、图案或类似标记装饰该铝合金构件。
在本发明的方法中，在步骤(c)中对加热的模压坯体进行的加工最好包括使模压坯体的外形大体上达到最终形状的第一次模压，以及对模压坯体的表面进行浅模压的第二次模压，第一次模压是热模压，而第二次模压是冷模压。这样，通过少量次数的模压就能够赋予铝合金一种外形，并且能用字母、图案或类似物对其进行装饰。
在本发明的方法中，步骤(d)最好包括密封处理，并且在密封处理时，可采用压力蒸汽密封方法或醋酸镍密封方法。借助这种密封处理，可以改进阳极氧化膜的防腐性能。
在本发明的方法中，步骤(d)最好包括着色处理，并且在着色处理时，可采用染色方法、自然显色方法或电解着色方法。这种着色处理使得能够对阳极氧化膜进行着色。
参照附图，将借助下文的实施例对本发明进行描述。
图1是根据本发明所述的作为装饰性铝合金构件的一个示例的手表壳10的局部截面图。手表壳10包括一个由基体或模压坯体构成的主体1以及阳极氧化膜2，所述基体或模压坯体由铝合金制成，主体1的整个表面都被阳极氧化膜2覆盖住。
如上所述，构成主体1的铝合金的成分包括重量占0.1％至3％的Zr、重量占0.1％至15％的Mm、重量占0.1％至5％的Mg以及剩余部分的Al。如上所述，构成主体1的铝合金最好还包括重量占0.1％至5％的从Mo、W、Nb、Ag和Ta一组元素中选出的至少一种金属元素。
主体1的硬度HRB是50到100。阳极氧化膜2的亮度(L*)是50或更高。主体1的导电性最好是20％IACS或更高。阳极氧化膜2最好是透明的或者是无色的、灰白色的或银白色的。
对于主体1来说，最好它在从200℃至600℃温度下的极限镦粗率是70％或更高，而室温下的延伸率是10％或更高。
对于构成主体1的铝合金晶体结构来说，铝晶粒的平均晶粒尺寸最好是500nm或更小，金属间化合物的平均晶粒尺寸是300nm或更小。
下面将描述用于制造图1所示的手表壳10的方法。
图2至图9依次表示了用于制造手表壳的方法中的各步骤。首先，参见图2，有准备好的快速固化的铝合金粉末，它包括重量占0.1％至3％的Zr、重量占0.1％至15％的Mm、重量占0.1％至5％的Mg、以及剩余部分的Al。这种快速固化的粉末被挤压成由铝合金制成的杆或板。将这种杆或板切割成适当的尺寸就制成了圆柱形的弹状体3。
参见图3，用与电源相连的感应加热线圈4在很短的时间内通过感应加热将弹状体3加热到460℃，所述电源可以调节供给的电能和供给时间。所施加的感应频率是1KHz。这里所述的短时间最好在一分钟以内。输入的电能可以以下述方式调节，即加热可以在例如10秒钟内完成。
参见图4，所述的感应加热的弹状体被放置在由冲头5和冲模6组成的热压模具中，然后通过能够施加150吨压力的摩擦压力机被压成手表壳的最终模压形状。按照这种方式，就制成了形成主体的模压产品1。这种模压操作仅进行一次。所述热模压模具已被加热器加热到200℃。
在这种热模压操作前的铝合金具有如下的金属晶体结构，即其中铝晶体的晶粒尺寸是500nm或更小，而析出的金属间化合物的晶粒尺寸是300nm或更小。因此，通过高温下的塑性变形，在这些晶粒不变形的情况下会发生晶粒边界的滑动。这使得在从200℃至600℃的温度下的极限镦粗率达到70％或更大。因此，上述热模压使铝合金能够仅通过一次挤压就被模压成手表壳的最终形状。
参见图5，模压产品1的多余部分1A在去毛刺步骤中被切除掉。
参见图6，模压产品1被车削以形成装配部分1a和1b，装配到手表上的玻璃和运动部件可以装配在所述装配部分1a和1b上。
参见图7，模压产品1被加工形成用于安装旋钮、按钮或类似物的孔1c。
参见图8，为了使手表壳的最终表面更美观，采用抛光机7对表面进行抛光。由于构成模压产品1的铝合金具有精细的金属晶体结构，所以通过相对轻微的抛光就可以达到足够的表面光洁度。
参见图9，用有机溶剂对模压产品1进行清洗以去除油污。接下来，为了达到最终的光洁度，可用化学抛光或电解抛光方法处理模压产品1。为了达到毛面光洁度，可用氢氧化钠对模压产品1进行毛面处理。
在各步都进行完后，对模压产品1进行阳极氧化处理以在模压产品1的整个表面上形成阳极氧化膜2。该阳极氧化处理是这样进行的，例如，通过采用硫磺酸方法进行电解而形成具有厚度为15μm的阳极氧化膜。在硫磺酸方法中，例如，采用15％的硫磺酸作为电解液成分并采用下述条件。电解温度20℃，电流强度1.5A/dm3，和电解时间60分钟。也可以采用草酸代替硫酸进行阳极氧化处理。在这种情况下，可以得到更高的耐磨性能。但是，最终的膜显示为黄色。因此，这种草酸处理更适于要染成金色的产品，而不能用于要染为其它颜色的产品。
在采用现有熔融铝合金的情况下，手表的外部零件经常要经过低温阳极氧化处理(即所谓的herdamite处理)以使其表面硬化并提高耐磨性。而在本发明中，期望采用通常的硫磺酸方法(处理温度20℃)进行阳极氧化。在本发明中，铝合金具有上述精细的金属晶体结构，以使铝合金在室温下具有高的强度、硬度和韧性。因此，在本发明中，即使没有采用低温阳极氧化膜(即herdamite膜)，铝合金也能够令人满意地用作手表的外部零件。
在采用经受低温阳极氧化处理(即所谓的herdamite处理)的现有熔融铝合金的手表外部零件中，经过处理而形成的氧化膜厚度最多约20um。因此，这种铝合金较易被外力破坏。本发明克服了这一问题，因为铝合金材料本身的硬度很高。当然，很明显，如果本发明的铝合金经过了低温阳极氧化处理，则从强度方面来讲，该铝合金能够制成更加好的手表外部零件。
经过阳极氧化处理的模压坯体1可选择进行着色。为了进行着色，可采用染色方法、自然显色方法或电解着色方法。对手表的外部零件来说，由于它们是装饰件，所以经常需要浅色调。另一方面，也要求它们具有适应天气的能力，例如防紫外线。为了形成这种浅色彩，染色法是工业上采用的最佳方法。但是，有些染料、特别是有机染料不具有充分适应天气的能力。在这种情况下，常从无机染料中选择具有与所需颜色相近颜色的染料进行第一次着色，所述无机染料具有充分的适应天气能力，但其颜色种类有限；然后在第二次着色中，从具有多种颜色的有机染料中选择适当的染料以形成所需颜色。这样，就能将紫外线辐射引起的褪色降到最低。
此后，阳极氧化膜2经密封处理以提高耐磨性。在这种密封处理时，例如采用压力蒸汽密封方法或醋酸镍密封方法。压力蒸汽密封方法是如下的处理方法用水清洗已经经过阳极氧化处理的产品，将该产品放入高压锅内，并使其中的产品处于3-5kg/cm2的蒸汽(蒸气)压力下20-30分钟，以便密封阳极处理后的膜上的孔。在本实施例中，产品被保持在0.5MPa压力下的蒸汽中15分钟，以填充那些孔洞。
醋酸镍密封法是将阳极氧化膜浸没在醋酸镍水溶液中以密封孔洞的处理方法。
在上述实施例中，已参照作为装饰性铝合金构件的手表壳10对本发明进行了描述。但本发明并不局限于这个实施例，而是可以应用于手表的其它外部零件，例如手表带、壳体和背板；其它装饰件，例如手镯、戒指和领带别针；电子设备部件，例如笔记本电脑；家用电器部件；车辆部件，例如汽车和火车的部件。
顺便提及的是，可以仅通过下述的第一步骤和第二步骤将图3所示的已加热的弹状体3模压成最终产品，即如图4所示，第一次模压将弹状体3模压成最终形状，第二次模压是浅压其表面。第二次模压用于使已模压的弹状体3装饰有字母、图案或类似物。在这种情况下，如参照图4所描述的第一次模压最好是热模压。第二次模压可以是冷模压或热模压。
本发明的优点将通过本发明的下述示例和对比示例更清楚地体现出来。
这里采用了一个气体雾化装置以产生铝合金粉末，所述铝合金粉末具有下面的表1所示的合金组成(示例1-14和对比示例1-10)。为了雾化，将氮气加压到100kgf/cm2并喷射到从喷嘴落下的熔融铝合金上，所述喷嘴具有直径为2mm的孔。也可以采用氩气等惰性气体来代替氮气。
在与上述同样的雾化条件下，产生2014铝合金粉末，然后通过测量粉末晶体结构的结晶枝(树枝状结晶体)之间的间距来估算实际冷却率。结果是，当获得具有150um的晶粒尺寸的粉末时，其冷却率是1×103℃/秒。
其次，具有小于150um尺寸的粉末通过滤网从上述形成的各铝合金粉末中分离出来。对各铝合金粉进行模压，然后对模压坯体以2℃/秒或更快的升温速率被加热到350至550℃范围内的温度，同时进行脱气。此后，模压坯体在400℃的温度下被插入模腔，接着在9吨/cm2的表面压力下固化。在上述条件下制造的固化粉末再经过晶体结构性能和机械性能检测。
固化粉末的晶体结构通过高分辨率的SEM照相机进行检测。如表1所示，结果证明了在所有示例1至14中，铝晶体的平均晶粒尺寸是500nm或更小，金属间化合物的平均晶粒尺寸是300nm或更小。
为了研究这些固化粉末的可锻性，检测了它们在400℃下的极限镦粗率。如下面的表2所示，结果证明了所有示例1至14均具有70％或更大的极限镦粗率，从而显示出优异的可锻性。
接着加工固化粉末的表面。此后，用腐蚀性苏打水冲洗固化粉末，接着进行阳极处理，直到最终的阳极处理膜的厚度变为10um。阳极处理后的铝的色调和光洁度被检测。如表2所示，结果证明了所有示例1至14中的阳极处理后的铝膜(阳极氧化膜)的颜色均是浅色的，即银白色、灰白色、浅黄色或浅灰色。而且这些膜均具有光泽。
阳极铝膜和基相之间的边界附近的晶体结构由高清晰度SEM照相机检测。已经从该晶体结构的反射电子图像中发现，在阳极铝膜中有金属间化合物，但是量很少。即很清楚，如果阳极铝膜中的金属间化合物的量很小，则阳极铝膜的色调将会变成浅色彩，例如银白色或灰白色。还很清楚，为了得到浅色彩，每单位面积上的金属间化合物的面积比例必须是20％或更少。
在基体的导电性和阳极铝膜的色调之间的相对关系被检测。结果是，很明显，当获得诸如银白色或灰白色等浅色时，导电性是20％IACS或更大，如表2所示。在阳极铝膜的色调和亮度(L*)之间的相对关系被检测。结果是，很明显，为了得到浅色，阳极铝膜的亮度(L*)是50或更大，如表2所示。
在所有示例1至14中，它们的母相硬度HRB在室温(20℃)下是50至100，在室温(20℃)下的延伸率是10％或更大。
另一方面，对比示例的结果如下。
对比示例1至3是这样两种情况，即在加热模压坯体时的升温速率低于2℃/秒，以及加热温度高于600℃。在这两种情况下，在固化粉末的晶体结构中，热加工后它们的铝晶粒和金属间化合物长大了。这样，它们的硬度大大降低。
在对比示例2中，模压坯体的加热温度低于200℃。在这种情况下，硬度变得相对较高，但是阳极铝膜的色调变得黯淡了。
在对比示例4中，Zr的重量百分比高于3％。在这种情况下，金属间化合物变得更大，并且析出的化合物的量变得很大以使其硬度增加。但是，室温下的延伸率和高温下的极限镦粗率减小了。残余的金属间化合物仍留在经阳极氧化处理的阳极铝膜内。这样，阳极铝膜的色调变得黯淡了。
在对比示例5中，Mm的重量百分比含量高于15％。在这种情况下，金属间化合物长大，并且析出的化合物的量变得很大以使其硬度增加。但是，室温下的延伸率和高温下的极限镦粗率减小了。大量的金属间化合物使得残余的金属间化合物仍留在经阳极氧化处理的阳极铝膜内。这样，阳极铝膜的色调变得黯淡了。
在对比示例6中，Mg的重量百分比含量高于5％。在这种情况下，金属间化合物长大，并且析出的化合物的量变得很大以使其硬度增加。但是，室温下的延伸率和高温下的极限镦粗率减小了。大量的金属间化合物使得残余的金属间化合物仍留在经阳极氧化处理的阳极铝膜内。这样，阳极铝膜的色调变得黯淡了。
在对比示例7至9中，Mo或W的重量百分比含量高于5％。在这些情况下，阳极铝膜的色调也变得黯淡了。
在对比示例10中，Zr的重量百分比含量低于0.1％。在这种情况下，铝晶粒长大了，从而使其硬度降低。
如上所述，在示例1至14中，采用了具有如表1所示组成的铝合金(Zr重量从0.1％至3％；Mm重量从0.1％至15％；Mg重量从0.1％至3％；剩余的是Al)，并且采用表1所示的用于加热模压坯体的条件(加热温度200℃或更高，但是在600℃或以下；升温速率2℃/秒或更高)。因此，有可能得到具有高硬度、浅色阳极铝膜以及好的成型性的装饰性铝合金。
如上所述，本发明的装饰性铝合金构件能够很容易地被模压成复杂的形状。其基体具有很高的硬度，并且其经过阳极处理的膜色彩明亮。
上面所公开的实施例和示例仅是示意性而非限制性的。本发明的范围不应局限于上述公开的内容而应由权利要求所确定。本发明包括所有变型以及权利要求的等同方式。
表1
<p>表2
(继续)
表2
权利要求
1.一种装饰用的铝合金构件，其特征在于，它包括一个由铝合金制成的基体，所述铝合金包含重量百分比为0.1％至3％的Zr、重量百分比为0.1％至15％的Mm、重量百分比为0.1％至5％的Mg和剩余部分的Al；以及在该基体表面上形成的一层阳极氧化膜。
2.一种装饰用的铝合金构件，其特征在于，它包括一个由铝合金制成的基体和在该基体表面上形成的一层阳极氧化膜；其中，所述基体的硬度HRB为50至100，所述阳极氧化膜的亮度为50或更高。
3.根据权利要求1或2所述的装饰用的铝合金构件，其特征在于，所述基体还包括重量百分比为0.1％至5％的、从Mo、W、Nb、Ag和Ta一组元素中选出的至少一种金属元素。
4.根据权利要求1或2所述的装饰用的铝合金构件，其特征在于，所述基体导电性为20％IACS或更高。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的装饰用的铝合金构件，其特征在于，所述阳极氧化膜是透明和无色、灰白色或银白色的。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的装饰用的铝合金构件，其特征在于，构成基体的所述铝合金在200℃至600℃的温度下的极限镦粗率是70％或更高，在20℃下的延伸率是10％或更高。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的装饰用的铝合金构件，其特征在于，所述铝合金的金属晶体结构包括铝晶体和金属间化合物，铝晶体的平均晶粒尺寸是500nm或更小，而金属间化合物的平均晶粒尺寸是300nm或更小。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的装饰用的铝合金构件，其特征在于，它是手表的一个外部零件、一个装饰件或一个用于电子设备或家用电器的部件。
9.一种生产装饰用的铝合金构件的方法，其特征在于，它包括以下步骤(a)形成一个由具有以下成份含量的铝合金制成的模压坯体，所述铝合金的成份含量为重量百分比为0.1％至3％的Zr、重量百分比为0.1％至15％的Mm、重量百分比为0.1％至5％的Mg和剩余部分的Al；(b)在温升率为2℃/秒或更高的条件下将该模压坯体加热到200℃至600℃的温度；(c)加工已加热的模压坯体；以及(d)对加工过的模压坯体进行阳极氧化处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括一个模压所述铝合金的快速固化的粉末的步骤。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)包括这样一个步骤，即将加热的模压坯体热加工成固化粉末，随后热加工固化的粉末。
12.根据权利要求9至11中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述模压坯体成型为具有杆状或板状的形状。
13.根据权利要求9至12中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括这样一个步骤，即通过感应加热来对模压坯体进行加热，用于加热模压坯体的时间在一分钟以内。
14.根据权利要求9至13中任一权利要求所述的方法，其特征在于，对加热的模压坯体的加工操作是热模压，模压次数是2次或更少。
15.根据权利要求9至14中任一权利要求所述的方法，其特征在于，2次模压是这样进行的，即第一次模压将模压坯体的外形压成一个大体上的最终形状，第二次模压是对模压坯体的表面进行浅模压。
16.根据权利要求9至13中任一权利要求所述的方法，其特征在于，对已加热的模压坯体的所述加工操作包括将模压坯体的外形压成一个大体上的最终形状的第一次模压，和对模压坯体的表面进行浅模压的第二次模压所述第一次模压是热模压，所述第二次模压是冷模压。
17.根据权利要求9至16中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)包括密封处理，并且在密封处理时，采用了压力蒸汽密封方法或醋酸镍密封方法。
18.根据权利要求9至17中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)包括着色处理，并且在着色处理时，采用了染色方法、自然显色方法或电解着色方法。
全文摘要
一种装饰用的铝合金构件(10)包括由铝合金制成的基体(1)和形成在该基体表面上的阳极氧化膜(2)。构成基体(1)的铝合金包含重量百分比为0.1%至3%的Zr、重量百分比为0.1%至15%的含铈的稀土元素合金(Mm)、重量百分比为0.1%至5%的Mg以及剩余部分的Al。
文档编号B22F3/14GK1254028SQ99122168
公开日2000年5月24日 申请日期1999年10月29日 优先权日1998年10月30日
发明者桥仓学, 服部久雄, 锻冶俊彦, 武田义信, 谷田部光信, 城户幸雄 申请人:卡西欧计算机株式会社